DE102007009177B4 - Method for three-dimensional localization of an interventional intervention device and associated device - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur dreidimensionalen Lokalisation eines Instruments (2, 11) für einen interventionellen Eingriff, insbesondere eines Katheters (2, 11) oder Führungsdrahtes oder Stents, im Rahmen einer Röntgenüberwachung des Eingriffs mittels zweidimensionaler Bildaufnahmen mit den folgenden Schritten: – Erstellung wenigstens einer dreidimensionalen Bildaufnahme, deren Volumen den von dem Eingriff betroffenen Bereich und eine Umgebung erfasst, mit einer röntgenbasierten Bildaufnahmeeinrichtung (7) zur Bestimmung von durch das Röntgenabsorptionsverhalten bestimmten lokalen Schwächungswerten (c), – Erstellung wenigstens einer zweidimensionalen Bildaufnahme mit der oder einer weiteren röntgenbasierten Bildaufnahmeeinrichtung (7) (a) und im Wesentlichen zeitgleich Bestimmung der Röntgenintensität an wenigstens einem an dem Instrument angeordneten Röntgensensor, – zweidimensionale Lokalisation des wenigstens einen Röntgensensors in der wenigstens einen zweidimensionalen Bildaufnahme durch eine Recheneinrichtung (12) (b), – für jeweils einen virtuellen Strahl von der Röntgenquelle durch den zweidimensional lokalisierten wenigstens einen Röntgensensor zum Röntgendetektor in dem Volumen der wenigstens einen dreidimensionalen Bildaufnahme durch die Recheneinrichtung (12) Summation der lokalen Schwächungswerte entlang des Strahlenwegs zur Ermittlung des jeweiligen Punkts auf dem Strahl, an dem die Schwächungssumme dem Betrag entspricht, der bei bekannter Intensität der Röntgenquelle zur bestimmten Röntgenintensität am wenigstens einen Röntgensensor führt (d, e), und – Bestimmung der dreidimensionalen Position des jeweilig ermittelten Punkts, die der dreidimensionalen Position des wenigstens einen Röntgensensors an dem Instrument (2, 11) entspricht, durch die Recheneinrichtung (12) (f).Method for the three-dimensional localization of an instrument (2, 11) for an interventional procedure, in particular a catheter (2, 11) or guide wire or stent, in the context of an X-ray monitoring of the intervention by means of two-dimensional imaging with the following steps: - creation of at least one three-dimensional image acquisition, whose volume covers the area affected by the procedure and an environment, with an x-ray-based image recording device (7) for determining local attenuation values (c) determined by the x-ray absorption behavior, - creation of at least one two-dimensional image recording with the or a further x-ray-based image recording device (7) (7) a) and substantially simultaneously determining the X-ray intensity on at least one X-ray sensor arranged on the instrument, two-dimensional localization of the at least one X-ray sensor in the at least one two-dimensional image imme by a computing device (12) (b), - for each a virtual beam from the X-ray source through the two-dimensionally localized at least one X-ray sensor to the X-ray detector in the volume of the at least one three-dimensional image acquisition by the computing means (12) summation of the local attenuation values along the beam path for determining the respective point on the beam at which the attenuation sum corresponds to the amount which, given known intensity of the x-ray source, leads to the determined x-ray intensity at the at least one x-ray sensor (d, e), and - determining the three-dimensional position of the respectively determined point, which three-dimensional position of the at least one X-ray sensor on the instrument (2, 11) corresponds, by the computing device (12) (f).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dreidimensionalen Lokalisation eines Instruments für einen interventionellen Eingriff, insbesondere eines Katheters oder Führungsdrahtes oder Stents, im Rahmen einer Röntgenüberwachung des Eingriffs mittels zweidimensionaler Bildaufnahmen sowie eine zugehörige Einrichtung zur dreidimensionalen Lokalisation eines Instruments für einen interventionellen Eingriff.The invention relates to a method for the three-dimensional localization of an instrument for interventional intervention, in particular a catheter or guide wire or stent, as part of X-ray monitoring of the intervention by means of two-dimensional image recordings and an associated device for the three-dimensional localization of an instrument for interventional intervention.
Es werden eine Vielzahl von interventionellen Prozeduren durchgeführt, wie beispielsweise radiologische oder kardiologische Eingriffe, bei denen Gefäßerkrankungen diagnostiziert oder therapiert werden sollen. Diese interventionellen Verfahren werden oft von einer Bildüberwachung begleitet. Die Bildüberwachung wird dabei häufig durch ein Röntgensystem, beispielsweise ein C-Bogen-Angiographiesystem, durchgeführt. Mit den so erstellten Röntgenbildern kann die Position der für die Intervention verwendeten Instrumente, wobei es sich um Katheter, Führungsdrähte, Stents und andere Instrumente handeln kann, abgebildet werden.A variety of interventional procedures are performed, such as radiological or cardiac procedures in which vascular diseases are to be diagnosed or treated. These interventional procedures are often accompanied by image monitoring. The image monitoring is often performed by an X-ray system, for example a C-arm angiography system. The X-ray images thus generated can be used to map the position of the instruments used for the intervention, which may be catheters, guide wires, stents, and other instruments.
Nachteilig ist dabei allerdings, dass bei der Verwendung monoplaner Röntgensysteme bzw. bei der Erstellung lediglich zweidimensionaler Bildaufnahmen die Position der jeweiligen Instrumente nur zweidimensional, nämlich in der Bildebene, bestimmt werden kann. Tiefeninformationen, die eine dreidimensionale Positionierung erlauben würden, liegen nicht vor.A disadvantage, however, is that when using monoplanar X-ray systems or when creating only two-dimensional image recordings, the position of the respective instruments only two-dimensionally, namely in the image plane, can be determined. Depth information that would allow three-dimensional positioning is not available.
Oft ist aber die Kenntnis der dreidimensionalen Position von Instrumenten vorteilhaft, dies gilt beispielsweise, wenn vorher aufgenommene dreidimensionale Bilddaten existieren, mit denen die Position des Instruments beispielsweise in einer Überlagerung dreidimensional dargestellt werden könnte. Derartige dreidimensionale Bilddaten können beispielsweise aus Magnetresonanzaufnahmen, CT-Aufnahmen oder einer im Vorfeld durchgeführten Angiographie vorliegen. Lägen nun Informationen zur dreidimensionalen Position von Instrumenten vor, so wäre die Navigation im Rahmen des Interventionsverfahrens wesentlich vereinfacht.Often, however, the knowledge of the three-dimensional position of instruments is advantageous, this applies, for example, if previously recorded three-dimensional image data exist with which the position of the instrument could be represented, for example, in a superposition three-dimensional. Such three-dimensional image data can be present, for example, from magnetic resonance images, CT images or a previously performed angiography. If information on the three-dimensional position of instruments was available, navigation within the framework of the intervention procedure would be considerably simplified.
Bisher gibt es im Wesentlichen zwei Ansätze, um eine dreidimensionale Lokalisierung von Instrumenten zu ermöglichen.So far, there are essentially two approaches to enabling a three-dimensional localization of instruments.
Dabei sind zunächst die sogenannten elektromagnetischen Lokalisationssysteme zu nennen, bei denen die Position des Instruments bestimmt wird, indem eine Empfangsspule an der Spitze des Instruments Signale von typischerweise drei außerhalb des Patienten befindlichen Sendespulen aufnimmt. Durch eine Triangulation kann in der Folge die dreidimensionale Position des Instruments bestimmt werden.First, the so-called electromagnetic localization systems are to be mentioned, in which the position of the instrument is determined by receiving a receiving coil at the tip of the instrument signals from typically three outside of the patient transmitter coils. By triangulation, the three-dimensional position of the instrument can be determined in the sequence.
Problematisch kann hierbei jedoch sein, dass mit der Sende- und Empfangselektronik sowie den jeweiligen Spulen eine beträchtliche weitere Hardware in das System integriert werden muss. Zudem weisen die Empfangsspulen eine nicht zu vernachlässigende Größe auf. Durch Metallgegenstände und dergleichen können des Weiteren Störungen des elektromagnetischen Feldes auftreten.However, the problem here may be that with the transmitting and receiving electronics and the respective coils a considerable amount of additional hardware has to be integrated into the system. In addition, the receiving coils on a not negligible size. Furthermore, metal objects and the like may interfere with the electromagnetic field.
Ein anderer Ansatz besteht in der röntgenbasierten dreidimensionalen Lokalisierung, bei der mindestens zwei zweidimensionale Röntgenbilder aus verschiedenen Richtungen aufgenommen werden, vorzugsweise gleichzeitig mittels eines Biplan-Röntgensystems. Aus den zwei aus den Bildern ableitbaren zweidimensionalen Positionen kann dann eine dreidimensionale Position des Instruments berechnet werden. Gegenüber dem elektromagnetischen Verfahren bietet dies den Vorteil, dass beliebige Instrumente benutzt werden können und außer dem Röntgensystem keine weitere Hardware erforderlich ist.Another approach is X-ray based three-dimensional localization, where at least two two-dimensional X-ray images are taken from different directions, preferably simultaneously by means of a Biplan X-ray system. From the two two-dimensional positions derivable from the images, a three-dimensional position of the instrument can then be calculated. Compared to the electromagnetic method, this has the advantage that any instruments can be used and no other hardware is required except the X-ray system.
Bei dieser Vorgehensweise besteht aber das Problem, dass zwei Röntgenbilder nötig sind. Dies erfordert ein aufwändiges Biplan-Röntgensystem. Alternativ können die beiden Bilder nacheinander nach Verändern der Angulation eines C-Bogens aufgenommen werden. Dadurch wird allerdings die Wiederholrate der Lokalisierung im Vergleich zur typischen Bildrate von etwas 15 Bildern/s stark eingeschränkt. Das Verfahren kann also nicht mehr verwendet werden, um eine Navigation in Echtzeit zu begleiten.In this approach, however, there is the problem that two X-ray images are necessary. This requires a complex Biplan X-ray system. Alternatively, the two images can be taken in succession after changing the angulation of a C-arm. However, this greatly restricts the repetition rate of the localization compared to the typical frame rate of about 15 fps. The method can therefore no longer be used to accompany navigation in real time.
Aus der Druckschrift
Aus der Druckschrift
Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein diesbezüglich verbessertes Verfahren zur dreidimensionalen Lokalisation eines Instruments anzugeben.Thus, the invention is based on the object, a related improved method for indicate the three-dimensional localization of an instrument.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, das die folgenden Schritte aufweist:
- – Erstellung wenigstens einer dreidimensionalen Bildaufnahme, deren Volumen den von dem Eingriff betroffenen Bereich und eine Umgebung erfasst, mit einer röntgenbasierten Bildaufnahmeeinrichtung zur Bestimmung von durch das Röntgenabsorptionsverhalten bestimmten lokalen Schwächungswerten,
- – Erstellung wenigstens einer zweidimensionalen Bildaufnahme mit der oder einer weiteren röntgenbasierten Bildaufnahmeeinrichtung und im Wesentlichen zeitgleich Bestimmung der Röntgenintensität an wenigstens einem an dem Instrument angeordneten Röntgensensor,
- – zweidimensionale Lokalisation des wenigstens einen Röntgensensors in der wenigstens einen zweidimensionalen Bildaufnahme durch eine Recheneinrichtung,
- – für jeweils einen virtuellen Strahl von der Röntgenquelle durch den zweidimensional lokalisierten wenigstens einen Röntgensensor zum Röntgendetektor in dem Volumen der wenigstens einen dreidimensionalen Bildaufnahme durch die Recheneinrichtung Summation der lokalen Schwächungswerte entlang des Strahlenwegs zur Ermittlung des jeweiligen Punkts auf dem Strahl, an dem die Schwächungssumme dem Betrag entspricht, der bei bekannter Intensität der Röntgenquelle zur bestimmten Röntgenintensität am wenigstens einen Röntgensensor führt, und
- – Bestimmung der dreidimensionalen Position des jeweilig ermittelten Punkts, die der dreidimensionalen Position des wenigstens einen Röntgensensors an dem Instrument entspricht, durch die Recheneinrichtung.
- Creation of at least one three-dimensional image recording, the volume of which detects the area affected by the procedure and an environment, with an X-ray-based image recording device for determining local attenuation values determined by the X-ray absorption behavior,
- Creation of at least one two-dimensional image recording with the or a further X-ray-based image recording device and substantially simultaneous determination of the X-ray intensity on at least one X-ray sensor arranged on the instrument,
- Two-dimensional localization of the at least one x-ray sensor in the at least one two-dimensional image acquisition by a computing device,
- For each one virtual beam from the X-ray source through the two-dimensionally localized at least one X-ray sensor to the X-ray detector in the volume of the at least one three-dimensional image acquisition by the computing means summation of the local attenuation values along the beam path to determine the respective point on the beam at which the attenuation sum the Amount corresponds, which leads at a known intensity of the X-ray source to the specific X-ray intensity at least one X-ray sensor, and
- - Determining the three-dimensional position of the respective determined point corresponding to the three-dimensional position of the at least one X-ray sensor on the instrument, by the computing device.
Gegebenenfalls kann sich der Ablauf der einzelnen Schritte ändern. So ist es beispielsweise möglich, die dreidimensionale Bildaufnahme mit einer auch während der überwachten Intervention zur Verfügung stehenden Bildaufnahmeeinrichtung anzufertigen, so dass die dreidimensionalen Aufnahmen während der Intervention erstellt werden können.If necessary, the sequence of the individual steps may change. Thus, it is possible, for example, to produce the three-dimensional image recording with an image recording device that is also available during the monitored intervention, so that the three-dimensional images can be created during the intervention.
Erfindungsgemäß wird also zunächst beziehungsweise später eine dreidimensionale Bildaufnahme erstellt, die einen von dem z. B. kardiologischen oder radiologischen Eingriff betroffenen Bereich, also beispielsweise den Bereich des Herzens bei einer kardiologischen Intervention, zeigt. Des Weiteren zeigt die Bildaufnahme einen Umgebungsbereich, um später die erforderliche Information über die Schwächungswerte entlang eines Strahlenwegs von der Röntgenquelle zum Detektor zur Verfügung zu haben. Die dreidimensionale Bildaufnahme kann mit unterschiedlichen Verfahren erstellt werden. Damit die lokalen Schwächungswerte ersichtlich sind beziehungsweise ermittelt werden können, ist eine röntgenbasierte Bildaufnahme erforderlich, aus der anhand des Röntgenabsorptionsverhaltens, das sich in der unterschiedlichen Helligkeit beziehungsweise Intensität der einzelnen Bildpunkte äußert, auf die Schwächungswerte in dem Volumen rückgeschlossen werden kann.According to the invention, therefore, a three-dimensional image recording is first or later created, the one of the z. B. cardiology or radiological surgery affected area, so for example, the area of the heart in a cardiac intervention shows. Furthermore, the image recording shows a surrounding area in order to later have the required information about the attenuation values along a beam path from the X-ray source to the detector available. The three-dimensional image acquisition can be created with different methods. In order for the local attenuation values to be apparent or to be able to be determined, X-ray-based image acquisition is necessary, from which the attenuation values in the volume can be deduced based on the X-ray absorption behavior, which manifests itself in the different brightness or intensity of the individual pixels.
Danach beziehungsweise ergänzend wird wenigstens eine zweidimensionale Bildaufnahme mit dieser oder einer anderen röntgenbasierten Bildaufnahmeeinrichtung erstellt. Diese zweidimensionale Bildaufnahme ist dabei typischerweise die zweidimensionale Bildaufnahme für eine Röntgenüberwachung des parallel stattfindenden interventionellen Eingriffs.Thereafter or in addition, at least one two-dimensional image recording is produced with this or another x-ray-based image recording device. This two-dimensional image recording is typically the two-dimensional image recording for X-ray monitoring of the parallel interventional intervention.
Der interventionelle Eingriff selbst, also beispielsweise das Einbringen eines Katheters in das Herz, ist nicht Gegenstand des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft einzig die Lokalisation, also einen rein technischen Messvorgang, der typischerweise unter der Leitung eines Technikers oder Naturwissenschaftlers stattfindet.The interventional procedure itself, for example, the introduction of a catheter into the heart, is not the subject of the method according to the invention. The method according to the invention relates solely to localization, that is to say a purely technical measuring procedure, which typically takes place under the direction of a technician or natural scientist.
Dieser Messvorgang als solcher basiert lediglich auf der Auswertung von Röntgenbildern beziehungsweise Sensordaten, so dass für das erfindungsgemäße Verfahren keine Überwachung durch einen Arzt oder anderes medizinisches Personal erforderlich ist. Der Arzt kann sich vielmehr vollständig auf die Intervention konzentrieren, für die ihm als Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens die dreidimensionale Position des Instruments ergänzend zur Verfügung steht.As such, this measuring process is based solely on the evaluation of X-ray images or sensor data, so that no monitoring by a doctor or other medical personnel is required for the method according to the invention. Instead, the physician can concentrate completely on the intervention for which the three-dimensional position of the instrument is additionally available as a result of the method according to the invention.
Im Wesentlichen zeitgleich zur zweidimensionalen Bildaufnahme findet eine Bestimmung der Röntgenintensität an wenigstens einem an dem Instrument angeordneten Röntgensensor statt. Das zu lokalisierende Instrument ist also mit einem Röntgensensor ausgestattet, durch den die Lokalisation wie im Folgenden geschildert vereinfacht wird.At substantially the same time as the two-dimensional image recording, a determination of the X-ray intensity at at least one X-ray sensor arranged on the instrument takes place. The instrument to be localized is thus equipped with an X-ray sensor, by means of which the localization is simplified as described below.
Anhand der zweidimensionalen Bildaufnahmen beziehungsweise der einen zweidimensionalen Bildaufnahme kann nun der Röntgensensor mittels einer hierzu ausgebildeten Recheneinrichtung, die gegebenenfalls auch die dreidimensionale und zweidimensionale Bildaufnahme steuert, lokalisiert werden. Hierfür stehen entsprechende Bildverarbeitungsprogramme beziehungsweise entsprechende Bildverarbeitungsmittel auf der Recheneinrichtung zur Verfügung. Gegebenenfalls kann die Recheneinrichtung Zugriff auf externe Software haben, die eine entsprechende Bildverarbeitung z. B. mit einer Mustererkennung und Koordinatenzuordnung ermöglicht. In der Regel wird hierbei so vorgegangen, dass der Röntgensensor an der Spitze des Instruments angebracht wird und somit mit dem Röntgensensor die Spitze des Instruments zweidimensional lokalisiert wird. Selbstverständlich kann der Röntgensensor auch an einer anderen Stelle des Instruments vorgesehen sein.Based on the two-dimensional image recordings or the one two-dimensional image acquisition, the X-ray sensor can now be localized by means of a computing device designed for this purpose, which optionally also controls the three-dimensional and two-dimensional image acquisition. For this purpose, corresponding image processing programs or corresponding image processing means are available on the computing device. Optionally, the computing device access to external software, which has a corresponding image processing z. B. allows with a pattern recognition and coordinate assignment. As a rule, the procedure here is that the X-ray sensor is attached to the tip of the instrument and thus the tip of the instrument is located two-dimensionally with the X-ray sensor. Of course, the X-ray sensor may also be provided at another location of the instrument.
Danach wird für einen virtuellen Strahl von der Röntgenquelle durch den zweidimensional lokalisierten Röntgensensor zum Röntgendetektor im Volumen der wenigstens einen dreidimensionalen Bildaufnahme durch die Recheneinrichtung eine Summation der lokalen Schwächungswerte entlang des Strahlenwegs zur Ermittlung des Punkts auf dem Strahl durchgeführt, an dem die Schwächungssumme dem Betrag entspricht, der bei bekannter Intensität der Röntgenquelle zur gemessenen beziehungsweise bestimmten Intensität am Röntgensensor führt.Thereafter, for a virtual beam from the x-ray source through the two-dimensionally localized x-ray sensor to the x-ray detector in the volume of the at least one three-dimensional image acquisition by the arithmetic means, a summation of the local attenuation values along the ray path is performed to determine the point on the beam where the attenuation sum corresponds to the magnitude which leads with known intensity of the X-ray source to the measured or determined intensity at the X-ray sensor.
Abschließend wird durch die Recheneinrichtung mit Hilfe einer entsprechenden Berechnungssoftware die dreidimensionale Position des ermittelten Punkts bestimmt, die der dreidimensionalen Position des wenigstens einen Röntgensensors an dem Instrument entspricht.Finally, by means of a corresponding calculation software, the three-dimensional position of the determined point, which corresponds to the three-dimensional position of the at least one x-ray sensor on the instrument, is determined by the computing device.
Es wird also zur Bestimmung der noch fehlenden Tiefeninformation, die ergänzend zur zweidimensionalen Lokalisation für eine dreidimensionale Lokalisation erforderlich ist, aus den bekannten Röntgenparametern die Intensität der Röntgenstrahlung an der Röntgenröhre ermittelt beziehungsweise diese der Berechnung zugeführt.Thus, in order to determine the still missing depth information, which is required in addition to the two-dimensional localization for a three-dimensional localization, the intensity of the x-ray radiation at the x-ray tube is determined from the known x-ray parameters or supplied to the calculation.
Durch das dreidimensionale Volumen hindurch, das beispielsweise ein Volumen aus einer Computertomographieaufnahme sein kann, wird ein virtueller Strahl durch den Punkt des Röntgensensors beziehungsweise die Spitze des Instruments oder einen anderen dem Sensor zugeordneten Ort beziehungsweise Punkt des Instruments, verfolgt. Dieser Strahl läuft von der Röntgenröhre durch den Sensor zum Detektor des Systems.Through the three-dimensional volume, which may be, for example, a volume from a computed tomography image, a virtual beam is traced through the point of the x-ray sensor or the tip of the instrument or another location or point of the instrument assigned to the sensor. This beam passes from the X-ray tube through the sensor to the detector of the system.
Entlang des Strahlwegs werden die lokalen Schwächungswerte solange aufsummiert beziehungsweise integriert, bis die Summe oder der Integralwert genau der Schwächung entspricht, die aus der Röntgenintensität der Röntgenröhre die tatsächlich gemessene Intensität am Röntgensensor erzeugen würde. Der Punkt, an dem dieser Schwellenwert erreicht wird, entspricht dann genau der dreidimensionalen Lokalisation der Katheterspitze beziehungsweise eines anderen Ortes des Instruments, an dem der Röntgensensor angeordnet ist.Along the beam path, the local attenuation values are summed or integrated until the sum or the integral value corresponds exactly to the attenuation which would produce the actually measured intensity at the X-ray sensor from the X-ray intensity of the X-ray tube. The point at which this threshold value is reached then corresponds exactly to the three-dimensional localization of the catheter tip or another location of the instrument on which the X-ray sensor is arranged.
Bei mehreren Sensoren am Instrument können entsprechend mehrere Strahlwege verfolgt werden. Die Information über die Schwächungswerte wird dabei aus der dreidimensionalen Volumenaufnahme erhalten, wobei gegebenenfalls auch mehrere dreidimensionale Volumenaufnahmen herangezogen werden können, die nicht zwangsläufig vor der Überwachung der Intervention mittels der zweidimensionalen Bildaufnahmen erstellt worden sein müssen. In der Regel werden jedoch die dreidimensionalen Bildaufnahmen im Vorfeld mit einem separaten Röntgensystem, beispielsweise einem Computertomographen, erstellt. Während der Intervention findet dann die Überwachung mit einem einfacheren Röntgensystem wie einem Monoplan-C-Bogen statt.If there are several sensors on the instrument, several beam paths can be tracked accordingly. The information about the attenuation values is obtained from the three-dimensional volume recording, it also being possible to use a plurality of three-dimensional volume recordings which need not necessarily have been created before monitoring the intervention by means of the two-dimensional image recordings. As a rule, however, the three-dimensional image recordings are prepared in advance with a separate X-ray system, for example a computer tomograph. During the intervention, monitoring then takes place with a simpler X-ray system, such as a monoplane C-arm.
So kann erfindungsgemäß das Instrument, beispielsweise ein Führungsdraht oder ein Stent, exakt dreidimensional lokalisiert werden. Hierzu ist außer dem ursprünglichen dreidimensionalen Bilddatensatz grundsätzlich nur ein weiterer zweidimensionaler Bilddatensatz zum aktuellen Zeitpunkt für die Lokalisation erforderlich. Diese zweidimensionale Bildaufnahme, die typischerweise während einer Intervention zur Beobachtung wiederholt angefertigt wird, reicht dann aus, um die fehlende Tiefeninformation zum jeweiligen Zeitpunkt durch Verknüpfung mit der vom Röntgensensor gemeldeten Röntgenintensität und unter Heranziehung des dreidimensionalen Bilddatensatzes zu ermitteln. Dabei ist die dreidimensionale Bildaufnahme lediglich erforderlich, um die 3D-Verteilung der Röntgenschwächungswerte zu bestimmen. Während der eigentlichen Überwachung der Intervention, also auch während der Intervention selbst, müssen keine dreidimensionalen Bildaufnahmen erstellt werden.Thus, according to the invention, the instrument, for example a guide wire or a stent, can be located exactly three-dimensionally. For this purpose, apart from the original three-dimensional image data set, basically only one further two-dimensional image data set is required for the localization at the current time. This two-dimensional image acquisition, which is typically repeated during an intervention for observation, is then sufficient to determine the missing depth information at the respective time by linking with the X-ray intensity reported by the X-ray sensor and using the three-dimensional image data set. Three-dimensional image acquisition is only required to determine the 3D distribution of the X-ray attenuation values. During the actual monitoring of the intervention, including during the intervention itself, no three-dimensional image recordings need to be created.
Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren auch mit einem Monoplan-Röntgensystem eine Echtzeitüberwachung eines Eingriffs ermöglichen.Thus, the method according to the invention can also enable real-time monitoring of an intervention with a monoplan X-ray system.
In Abhängigkeit der bestimmten dreidimensionalen Position des wenigstens einen Röntgensensors können das Instrument und/oder ein dem wenigstens einen Röntgensensor zugeordneter Punkt des Instruments in der wenigstens einen zweidimensionalen Bildaufnahme und/oder der wenigstens einen dreidimensionalen Bildaufnahme an einem Bildausgabemittel dargestellt werden.Depending on the specific three-dimensional position of the at least one x-ray sensor, the instrument and / or a point of the instrument assigned to the at least one x-ray sensor can be displayed in the at least one two-dimensional image acquisition and / or the at least one three-dimensional image acquisition on an image output means.
Wird beispielsweise ein Katheter oder ein Führungsdraht an der Spitze mit einem oder mehreren Röntgensensoren ausgestattet, so kann die entsprechende 3D-Position der Spitze in ein zweidimensionales oder dreidimensionales Bild eingeblendet werden. Beispielsweise kann eine solche Einblendung im Volumenbild aus der Computertomographie erfolgen. Bei Verwendung von mehreren Sensoren kann auf die Form des vollständigen Instruments rückgeschlossen werden, so dass eine Darstellung beispielsweise des kompletten Stents in einer Überlagerung zur zweidimensionalen oder dreidimensionalen Bildaufnahme erfolgen kann. Durch eine Wiederholung des Lokalisierungsverfahrens kann die Position jeweils aktuell in Echtzeit ermittelt und gegebenenfalls an einem Monitor oder einem Bildschirm dargestellt werden.For example, if a catheter or guidewire at the tip is equipped with one or more x-ray sensors, the corresponding 3D position of the tip can be faded into a two-dimensional or three-dimensional image. For example, such a superimposition in the volume image can be made from computed tomography. When using several sensors, it is possible to deduce the shape of the complete instrument, so that a representation of, for example, the complete stent can be made in an overlay for two-dimensional or three-dimensional image acquisition. By a Repeating the localization process, the position can be determined in each case currently in real time and optionally displayed on a monitor or a screen.
Die oder wenigstens eine dreidimensionale Bildaufnahme kann mit einer Computertomographieeinrichtung und/oder einer biplanen und/oder einer zur Erstellung von Rotationsangiographie-Aufnahmen ausgebildeten monoplanen Röntgeneinrichtung erstellt werden, insbesondere mit einer C-Bogen-Einrichtung.The or at least a three-dimensional image recording can be produced with a computed tomography device and / or a biplane and / or a monoplane X-ray device designed to produce rotational angiography images, in particular with a C-arm device.
Dabei ist es auch möglich, dass eine vorher aufgenommene Computertomographieaufnahme mit dem Röntgensystem zur Überwachung der Intervention registriert wird. Gegebenenfalls können auch Bildaufnahmen aus einer Kombination unterschiedlicher Aufnahmeverfahren erstellt werden. Bei Computertomographieaufnahmen und Aufnahmen eines Biplan-Systems ist die Erstellung von dreidimensionalen Aufnahmen besonders einfach möglich. Bei einer Monoplan-Röntgeneinrichtung können gegebenenfalls Rotationsangiographieaufnahmen erstellt werden, indem die Angulation des C-Bogens entsprechend verändert wird. Hier ist jedoch zu beachten, dass für die unterschiedlichen Bildaufnahmen aufgrund der Änderung der Position des C-Bogens eine entsprechende Zeitverzögerung bei der Erstellung zu berücksichtigen ist.It is also possible that a previously recorded computed tomography recording is registered with the X-ray system for monitoring the intervention. Optionally, also image recordings can be created from a combination of different recording methods. When computed tomography recordings and recordings of a Biplan system, the creation of three-dimensional recordings is particularly easy. In the case of a monoplan X-ray device, rotation angiography images can be created if necessary by changing the angulation of the C-arm accordingly. It should be noted, however, that due to the change in the position of the C-arm, a different time delay must be taken into account for the different image acquisitions.
Die wenigstens eine zweidimensionale Bildaufnahme kann mit einer monoplanen Röntgeneinrichtung erstellt werden. Dabei zeigt sich der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass nämlich anhand eines einzelnen Röntgenbilds eines Monoplan-C-Bogen-Systems eine dreidimensionale Lokalisation möglich ist, sofern nur eine 3D-Verteilung der Röntgenschwächungswerte vorliegt. Das Instrument wird dann zunächst lediglich zweidimensional lokalisiert, woraufhin die noch fehlende Tiefeninformation aus der gemessenen Röntgenintensität am Röntgensensor und den Röntgenschwächungswerten im Volumen bestimmt wird.The at least one two-dimensional image acquisition can be created with a monoplane X-ray device. This shows the particular advantage of the method according to the invention, namely that a three-dimensional localization is possible based on a single X-ray image of a monoplane C-arm system, provided that only a 3D distribution of the X-ray attenuation values is present. The instrument is then initially only two-dimensionally localized, whereupon the still missing depth information from the measured X-ray intensity at the X-ray sensor and the X-ray attenuation values in the volume is determined.
Damit ist auch mit einem einfachen Monoplan-System eine Lokalisation in Echtzeit möglich. Weitere oder zusätzliche Hinweise Hardware ist nicht erforderlich, insbesondere keine aufwändige Elektronik beziehungsweise zugehörige Spulen.Thus, a localization in real time is possible even with a simple monoplan system. Further or additional information Hardware is not required, in particular no complex electronics or associated coils.
Die benötigten Röntgensensoren sind sehr klein und deshalb leicht in kleine Instrumente wie Katheter zu integrieren.The required X-ray sensors are very small and therefore easy to integrate into small instruments such as catheters.
Des Weiteren kann erfindungsgemäß die oder wenigstens eine zweidimensionale Bildaufnahme mit einer Computertomographieeinrichtung und/oder einer biplanen und/oder einer zur Erstellung von Rotationsangiographieaufnahmen ausgebildeten monoplanen Röntgeneinrichtung erstellt werden, insbesondere mit einer C-Bogen-Einrichtung. Die zweidimensionale oder eine zur Überwachung angefertigte Bildaufnahme kann also auch mit einer Biplan-Röntgeneinrichtung beziehungsweise einem zur Aufnahme von Rotationsangiographieaufnahmen ausgebildeten Monoplan-System erstellt werden. Selbstverständlich können für die zweidimensionale Bildaufnahme beziehungsweise die mehreren zweidimensionalen Bildaufnahmen auch Computertomographen oder andere hier nicht genannte Röntgensysteme verwendet werden.Furthermore, according to the invention, the or at least one two-dimensional image acquisition can be produced with a computed tomography device and / or a biplane and / or a monoplane X-ray device designed for the production of rotational angiography images, in particular with a C-arm device. The two-dimensional image or an image taken for monitoring can thus also be created with a biplane X-ray device or a monoplan system designed to record rotational angiography images. Of course, computer tomographs or other x-ray systems not mentioned here can also be used for the two-dimensional image recording or the several two-dimensional image recordings.
Des Weiteren können die oder wenigstens eine dreidimensionale und die oder wenigstens eine zweidimensionale Bildaufnahme mit derselben Röntgeneinrichtung beziehungsweise röntgenbasierten Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen werden. In diesem Fall vereinfacht sich die Registrierung, da Transformationen nicht mehr erforderlich sind beziehungsweise vermieden oder vereinfacht werden können. Besonders vorteilhaft ist es, wenn sowohl die dreidimensionale als auch die zweidimensionale Bildaufnahme mit einem hierzu zur Aufnahme von Rotationsangiographieaufnahmen ausgebildeten Monoplan-System erstellt werden. In einem solchen Fall kann auf ein ergänzendes Computertomographiesystem oder dergleichen vergleichsweise aufwändige Röntgensysteme verzichtet werden.Furthermore, the or at least one three-dimensional and / or at least one two-dimensional image recording can be recorded with the same x-ray device or x-ray-based image recording device. In this case, the registration is simplified because transformations are no longer required or can be avoided or simplified. It is particularly advantageous if both the three-dimensional and the two-dimensional image recording are created with a monoplan system designed for recording rotational angiography images. In such a case, a supplementary computed tomography system or the like can be dispensed with comparatively complex X-ray systems.
Erfindungsgemäß kann wenigstens ein an der Spitze und/oder im Bereich der Spitze und/oder im Bereich eines vorderen Bestandteils des Instruments angeordneter Röntgensensor verwendet werden. Meist kommt es insbesondere auf die Lokalisierung der Spitze des Instruments an. Dies gilt besonders bei Kathetern. Darüber hinaus kann es aber auch hilfreich sein, einen gesamten vorderen Bereich eines Instruments im Blick zu haben, beispielsweise einen Stent bei einem Ballonkathetersystem mit einem solchen Stent beziehungsweise einen selbstentfaltenden Stent.According to the invention, at least one X-ray sensor arranged at the tip and / or in the region of the tip and / or in the region of a front component of the instrument can be used. In most cases it depends on the localization of the tip of the instrument. This is especially true with catheters. In addition, however, it may also be helpful to have an entire front area of an instrument in view, for example a stent in a balloon catheter system with such a stent or a self-unfolding stent.
Gegebenenfalls können Röntgensensoren über die gesamte Länge des Instruments angeordnet sein, wenn mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Lokalisation für einen besonders komplizierten interventionellen Eingriff beziehungsweise ein konstruktiv aufwändiges Instrument ermöglicht werden soll. Gegebenenfalls können im Bereich der Spitze oder in einem vorderen Bereich des Instruments mehrere Röntgensensoren angeordnet sein.Optionally, X-ray sensors can be arranged over the entire length of the instrument, if with the method according to the invention a localization for a particularly complicated interventional intervention or a structurally complex instrument should be made possible. Optionally, a plurality of x-ray sensors may be arranged in the region of the tip or in a front region of the instrument.
Erfindungsgemäß können folglich mehrere am Instrument angeordnete Röntgensensoren, insbesondere zwei bis fünf Röntgensensoren, verwendet werden. Mit Hilfe von zwei Röntgensensoren kann eine Richtungsinformation erhalten werden. Bei mehreren Röntgensensoren werden zudem Daten beziehungsweise Messinformationen im Hinblick auf eine Krümmung des entsprechenden Bereichs des Instruments, beispielsweise der Spitze eines Katheters bei koronaren Eingriffen, gewonnen.Consequently, according to the invention, a plurality of x-ray sensors arranged on the instrument, in particular two to five x-ray sensors, can be used. Directional information can be obtained with the help of two x-ray sensors. In the case of several x-ray sensors, moreover, data or measurement information with respect to a curvature of the corresponding portion of the instrument, such as the tip of a catheter in coronary interventions won.
Die Verwendung von mehreren am Instrument angeordneten Röntgensensoren bietet den Vorteil, dass anhand der Röntgensignale seitens der Recheneinrichtung eine Konsistenzüberprüfung der Schwächungswerte durchgeführt werden kann.The use of a plurality of X-ray sensors arranged on the instrument offers the advantage that a consistency check of the attenuation values can be carried out on the part of the computing device on the basis of the X-ray signals.
Dadurch lässt sich die Lokalisationsgenauigkeit im Endergebnis verbessern und es lassen sich Artefakte ausschließen. Derartige Artefakte können beispielsweise durch Fehler im dreidimensionalen Bilddatensatz beziehungsweise Berechnungsungenauigkeiten bei dessen Bestimmung oder der Ableitung der Schwächungswerte auftreten. Bei mehreren Röntgensensoren kann somit nicht nur die Form des Instruments, die für eine Navigation wichtig sein kann, im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt werden, sondern es werden Konsistenzbedingungen für die Schwächung erhalten, die als neue Randbedingungen zur Verbesserung der Lokalisation herangezogen werden können.This can improve localization accuracy in the end result and eliminate artifacts. Such artifacts can occur, for example, due to errors in the three-dimensional image data record or calculation inaccuracies in its determination or the derivation of the attenuation values. In the case of several x-ray sensors, not only the shape of the instrument, which may be important for navigation, can thus be determined in the context of the method according to the invention, but consistency conditions for the weakening are obtained, which can be used as new boundary conditions for improving the localization.
Als den wenigstens einen Röntgensensor kann wenigstens eine am Instrument angeordneter Röntgen-Photodiode verwendet werden.At least one X-ray photodiode arranged on the instrument can be used as the at least one X-ray sensor.
Derartige Photodioden weisen eine Größe von etwa 100 μm je Dimension auf. Die Drähte von Spulen bei elektromagnetischen Lokalisationsverfahren haben demgegenüber Dicken, die sich standardmäßig im Bereich von 2 mm bewegen und 0,3 mm derzeit nicht unterschreiten. Demgemäß ist ein Röntgensensor, also beispielsweise die erwähnte Photodiode, wesentlich einfacher in kleine Instrumente zu integrieren als dies bei Empfangsspulen für elektromagnetische Systeme der Fall ist.Such photodiodes have a size of about 100 microns per dimension. By contrast, the wires of coils in electromagnetic localization methods have thicknesses which, by default, are in the range of 2 mm and currently not less than 0.3 mm. Accordingly, an X-ray sensor, such as the aforementioned photodiode, is much easier to integrate into small instruments than is the case with receiver coils for electromagnetic systems.
Wenigstens einer der wenigstens einen Röntgensensoren kann sein Sensorsignal beziehungsweise seine Signale über wenigstens eine Zuleitung und/oder drahtlos an die Recheneinrichtung übertragen.At least one of the at least one x-ray sensors can transmit its sensor signal or its signals via at least one supply line and / or wirelessly to the computing device.
Das Röntgensignal beziehungsweise die Röntgensignale, die im Verlauf des Lokalisationsverfahrens beziehungsweise während der Interventionsüberwachung aufgenommen werden, werden also über Zuleitungen beziehungsweise über eine Funktechnik an die Recheneinrichtung übertragen. Gegebenenfalls ist auch eine ergänzende Verwendung beider Übertragungsprinzipien möglich. Insbesondere bei sehr kleinen Instrumenten bietet sich eine drahtlose Übertragung an, die prinzipiell ähnlich wie beim Radio Frequency Identification-Prinzip erfolgen kann. In dieser Art und Weise ist auch eine Energieversorgung möglich.The X-ray signal or the X-ray signals, which are recorded during the localization process or during the intervention monitoring, are therefore transmitted via supply lines or via a radio technology to the computing device. Optionally, a complementary use of both transmission principles is possible. In particular, for very small instruments, a wireless transmission offers, which can be done in principle similar to the Radio Frequency Identification principle. In this way, a power supply is possible.
Werden Zuleitungen verwendet, so sind diese entsprechend dünn auszubilden, damit die Zuleitungen den interventionellen Eingriff nicht stören. Durch die Röntgensensoren ist es mit Hilfe der Zuleitungen beziehungsweise der drahtlosen Übertragungstechnik jederzeit möglich, die lokale Röntgenintensität von Außen zu messen.If leads are used, they must be made correspondingly thin so that the leads do not interfere with the interventional procedure. By means of the X-ray sensors it is always possible to measure the local X-ray intensity from the outside with the aid of the supply lines or the wireless transmission technology.
Erfindungsgemäß können zur Fehlererkennung für wenigstens einen weiteren, insbesondere nicht in der Nähe des Instruments verlaufenden, virtuellen Strahl in dem Volumen der wenigstens einen dreidimensionalen Bildaufnahme die Schwächungswerte entlang des Strahlenwegs summiert werden und ein beziehungsweise der daraus für die Schwächung der Intensität seitens der Recheneinrichtung berechneter Wert mit einer beziehungsweise der an einem Röntgendetektor der röntgenbasierten Bildaufnahmeeinrichtung gemessenen Intensität verglichen werden. Anhand eines Vergleichs mehrerer gemessener und berechneter Werte der Intensitäten kann seitens der Recheneinrichtung eine Korrekturkurve bestimmt werden, die jeder Berechneten eine gemessene Intensität zuordnet.According to the invention, the attenuation values along the beam path can be summed for error detection for at least one further virtual beam, in particular not near the instrument, and one or the value calculated therefrom for the attenuation of the intensity by the computing device are compared with one or the intensity measured at an X-ray detector of the X-ray-based image recording device. On the basis of a comparison of a plurality of measured and calculated values of the intensities, a correction curve can be determined on the part of the arithmetic unit which assigns to each calculated one a measured intensity.
Damit wird die Durchführung eines Kalibrierungsverfahrens ermöglicht, das dem Problem Rechnung trägt, dass die entlang des virtuellen Strahls berechneten Schwächungswerte in der Praxis von den am Röntgensensor gemessenen Werten abweichen. Gründe für derartige Abweichungen liegen z. B. in Ungenauigkeiten in den Schwächungswerten beispielsweise einer C-Bogen-Computertomographie-Aufnahme (vgl. Hounsfield-Treue). Des Weiteren sind Schwierigkeiten bei der genauen Berechnung der Röntgenintensität der Röntgenröhre bei schwankenden Röntgenparametern sowie Messungenauigkeiten des Röntgensensors als mögliche Ursachen zu nennen.This makes it possible to carry out a calibration method which takes into account the problem that the attenuation values calculated along the virtual beam deviate in practice from the values measured at the X-ray sensor. Reasons for such deviations are z. B. inaccuracies in the attenuation values, for example, a C-arm computed tomography (see Hounsfield fidelity). Furthermore, difficulties in the exact calculation of the X-ray intensity of the X-ray tube with fluctuating X-ray parameters as well as measurement inaccuracies of the X-ray sensor should be mentioned as possible causes.
Um diesen Problemen zu begegnen werden zusätzlich zum einen virtuellen Strahl durch den Röntgensensor andere, vorteilhafterweise nicht in der Nähe des Instruments liegende Strahlen, gegebenenfalls aber auch Strahlen in der Nähe des Instruments, durch das dreidimensionale Volumen, also beispielsweise das Computertomographievolumen, verfolgt. Die Intensitäten werden aufsummiert. Die berechnete geschwächte Intensität sollte mit der am Röntgendetektor des Röntgensystems gemessenen Strahlung übereinstimmen. Ist dies nicht der Fall, so ergibt sich eine Korrektur, die in eine Korrekturkurve aufgenommen werden kann beziehungsweise aus der sich mit weiteren Korrekturen eine Korrekturkurve bestimmen lässt.To counter these problems, in addition to a virtual beam through the X-ray sensor other, preferably not in the vicinity of the instrument rays, but possibly also rays in the vicinity of the instrument, by the three-dimensional volume, so for example the computed tomography volume, tracked. The intensities are summed up. The calculated attenuated intensity should agree with the radiation measured at the X-ray detector of the X-ray system. If this is not the case, a correction results, which can be included in a correction curve or from which a correction curve can be determined with further corrections.
Es kann also anhand eines Vergleichs mehrerer gemessener und berechneter Werte der Intensitäten, also aus Soll-Ist-Paaren, eine Korrekturkurve bestimmt werden, die jeder berechneten eine gemessene Intensität zuordnet.It is therefore possible, based on a comparison of a plurality of measured and calculated values of the intensities, that is to say of desired-actual pairs, to produce a correction curve each of which computes a measured intensity.
Es können also für die dreidimensionale Bildaufnahmeinrichtung jeweils für die virtuellen Strahlen die Intensitäten berechnet und mit den tatsächlich gemessenen Intensitäten beziehungsweise den durch diese definierten tatsächlichen Strahlungsverläufen abgeglichen werden, um so Fehler bei den Schwächungswerten, die z. B. aus der Berechnung der Röntgenintensität resultieren, aufzudecken.Thus, for the three-dimensional image recording device, the intensities can be calculated in each case for the virtual rays and compared with the actually measured intensities or the actual radiation paths defined by them, so as to obtain errors in the attenuation values which are eg. B. result from the calculation of the X-ray intensity, uncover.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur dreidimensionalen Lokalisation eines Instruments für einen interventionellen Eingriff im Rahmen einer Röntgenüberwachung des Eingriffs mittels zweidimensionaler Bildaufnahmen mit wenigstens einer röntgenbasierten Bildaufnahmeinrichtung, und einer Recheneinrichtung, ausgebildet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche.In addition, the invention relates to a device for the three-dimensional localization of an instrument for an interventional intervention in the context of an X-ray monitoring of the intervention by means of two-dimensional image recordings with at least one X-ray-based image recording device, and a computing device, designed for carrying out the method according to any one of the preceding claims.
Die Einrichtung weist also eine Recheneinrichtung sowie wenigstens eine röntgenbasierte Bildaufnahmeeinrichtung auf.The device thus has a computing device and at least one X-ray-based image recording device.
Die röntgenbasierte Bildaufnahmeeinrichtung ist vorzugsweise eine Monoplan-Röntgeneinrichtung, insbesondere ein C-Bogen-System, mit dem zweidimensionale Bildaufnahmen für eine Überwachung eines interventionellen Eingriffs erstellt werden können, das aber gegebenenfalls auch eine dreidimensionale Datenaufnahme im Rahmen einer Rotationsangiographie ermöglichen kann.The x-ray-based image recording device is preferably a monoplanar X-ray device, in particular a C-arm system, with which two-dimensional image recordings can be created for monitoring interventional intervention, but which may also permit three-dimensional data acquisition within the framework of rotational angiography.
In einem solchen Fall können beispielsweise vor der eigentlichen Intervention Rotationsangiographieaufnahmen erstellt werden, die einen im Rahmen der Intervention zu behandelnden Bereich sowie einen Umgebungsbereich dreidimensional abbilden. Durch dieses dreidimensionale Volumen können Strahlen von der dreidimensionalen Quelle zum Detektor verfolgt werden, wobei bei einem solchen rotationsangiographiefähigen Monoplan-System die dreidimensionale Strahlenquelle mit der Strahlenquelle für die Erstellung der zweidimensionalen Aufnahmen übereinstimmt, und lediglich im Rahmen der Änderung der Angulation die Position von Strahlenquelle und Strahlendetektor angepasst wird.In such a case, for example, prior to the actual intervention, rotation angiography images can be created which map three-dimensionally a region to be treated within the scope of the intervention and an environmental region. Through this three-dimensional volume, rays from the three-dimensional source can be traced to the detector, wherein in such a rotation angiographie capable monoplane system, the three-dimensional radiation source with the radiation source for the preparation of two-dimensional images matches, and only in the context of changing the angulation the position of the radiation source and Radiation detector is adjusted.
Gegebenenfalls kann die Einrichtung eine weitere röntgenbasierte Bildaufnahmeinrichtung aufweisen, die speziell zur Erstellung der dreidimensionalen Bildaufnahmen vorgesehen ist, die anschließend mit der Bildaufnahmeeinrichtung für die zweidimensionalen Bildaufnahmen registriert werden. Die weitere Bildaufnahmeeinrichtung kann ein Computertomograph sein, dessen dreidimensionale Aufnahmen für die Lokalisation zur Ermittlung der Schwächungswerte entlang des Wegs der virtuellen Strahlen herangezogen werden.Optionally, the device may comprise a further x-ray-based image recording device, which is specially provided for producing the three-dimensional image recordings, which are subsequently registered with the image recording device for the two-dimensional image recordings. The further image recording device can be a computer tomograph whose three-dimensional images are used for the localization for determining the attenuation values along the path of the virtual rays.
Aus der zweidimensionalen Bildaufnahme der röntgenbasierten Bildaufnahmeeinrichtung der Einrichtung zur dreidimensionalen Lokalisation des Instruments wird zunächst zweidimensional die Position des Instruments beziehungsweise eines Punkts des Instruments, der dem Röntgensensor entspricht beziehungsweise an dem dieser angeordnet ist, bestimmt. Die fehlende Tiefeninformation wird unter Verwendung der dreidimensionalen Bildaufnahmen ermittelt, indem hieraus die lokalen Schwächungswerte abgeleitet werden. Diese werden entlang des Strahlenwegs aufsummiert, bis die Schwächung erreicht ist, die zum vom Röntgensensor ermittelten Wert der Intensität passt. Hieraus kann auf die Position in der fehlenden dritten Dimension rückgeschlossen werden.From the two-dimensional image recording of the X-ray-based image recording device of the device for three-dimensional localization of the instrument, the position of the instrument or a point of the instrument which corresponds to the X-ray sensor or on which it is arranged is first determined two-dimensionally. The missing depth information is determined using the three-dimensional image recordings by deducing therefrom the local attenuation values. These are summed along the beam path until the attenuation is reached which matches the value of the intensity determined by the X-ray sensor. From this one can deduce the position in the missing third dimension.
Die Berechnungsvorgänge in der Einrichtung werden über eine entsprechende Software, die auf der Recheneinrichtung gespeichert ist beziehungsweise auf die diese Zugriff hat, ermöglicht beziehungsweise gesteuert. Gegebenenfalls kann ein Zugriff auf eine extern gespeicherte Software über ein Intranet oder das Internet beziehungsweise es kann eine interne Speichereinrichtung für eine lokale Software oder ein Wechselspeicher vorgesehen sein.The calculation processes in the device are enabled or controlled by means of corresponding software which is stored on the computing device or to which it has access. Optionally, an access to an externally stored software via an intranet or the Internet or it may be provided an internal storage device for a local software or a removable storage.
Die Intensität am Röntgensensor ergibt sich aus der Intensität der Röntgenröhre beziehungsweise Röntgenquelle derart, dass diese ursprüngliche Intensität der Röntgenröhre mit der e-Funktion als Exponent mit der Summe der Schwächungswerte entlang des Strahlenwegs, multipliziert mit der jeweiligen Wegänderung Δz, abfällt.The intensity at the X-ray sensor results from the intensity of the X-ray tube or X-ray source in such a way that this original intensity of the X-ray tube with the e-function as an exponent decreases with the sum of the attenuation values along the beam path multiplied by the respective path change Δz.
So ist es in Kenntnis dieses Schwächungsgesetzes erfindungsgemäß mit einem einfachen Monoplan-System möglich, eine Echtzeitüberwachung eines interventionellen Vorgangs mit einer dreidimensionalen Instrumentenlokalisation zu ermöglichen.Thus, it is in the knowledge of this attenuation law according to the invention with a simple monoplane system possible to enable real-time monitoring of an interventional process with a three-dimensional instrument localization.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following embodiments and from the drawings. Showing:
In der
Durch eine Bildverarbeitung seitens einer Recheneinrichtung wird gemäß dem Schritt b die Spitze des Instruments, also des Katheters
Für eine dreidimensionale Lokalisation fehlt nun noch die Tiefeninformation. Hierzu wird gemäß dem Schritt c eine dreidimensionale Bildaufnahme, bei der es sich vorliegend um eine Rotationsangiographie-Aufnahme eines Monoplan-Systems handelt, mit dem auch die zweidimensionale Bildaufnahme des Schrittes a erstellt wurde, herangezogen. Die Röntgenparameter der Bildaufnahme sind bekannt. Hieraus kann die Intensität der Röntgenstrahlung an der Röntgenröhre ermittelt werden. Durch das Volumen der Rotationsangiographie-Aufnahme
Um hieraus die Tiefeninformation zu berechnen, werden die Schwächungswerte μ gemäß dem Schritt d entlang des Strahlenwegs z beobachtet. Diese Schwächungswerte μ verlaufen außerhalb des Gefäßsystems
Gemäß dem Schritt e werden die lokalen Schwächungswerte des Schrittes d solange aufsummiert, bis die Summe, die im Schritt e aufgetragen ist, der Schwächung entspricht, die aus der Röntgenintensität der Röntgenröhre die Intensität am Röntgensensor erzeugen würde. Der Punkte, an dieser Schwellenwert erreicht wird, ist bezüglich des Strahlenwegs im Schritt e mit z0 gekennzeichnet. Die Intensität am Röntgensensor ergibt sich dabei als Produkt der Intensität an der Röntgenröhre mit der e-Funktion mit dem Exponenten – Σμ·Δz.According to step e, the local attenuation values of step d are summed up until the sum plotted in step e corresponds to the attenuation which would produce the intensity at the x-ray sensor from the x-ray intensity of the x-ray tube. The point at which this threshold value is reached is marked with z 0 with respect to the beam path in step e. The intensity at the X-ray sensor results as a product of the intensity at the X-ray tube with the e-function with the exponent - Σμ · Δz.
Die somit ermittelte dreidimensionale Lokalisation der Spitze des Katheters
Somit ist es möglich, die Spitze des Katheters
Die
Des Weiteren ist eine Recheneinrichtung
Die röntgenbasierte Bildaufnahmeeinrichtung
Vom Röntgensensor am Katheter
Hierzu summiert die Recheneinrichtung
So ist es mit der erfindungsgemäßen Einrichtung möglich, anhand eines einzelnen Röntgenbilds ein Instrument dreidimensional zu lokalisieren. Das Instrument, hier also der Katheter
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